(57)【要約】【課題】安価な出発原料、汎用の反応器を使用して、高純度なα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを安価かつ容易に製造する方法を提供する。【解決手段】アルキリデン無水コハク酸またはアルキル無水マレイン酸を出発原料としてラネーニッケル触媒により接触還元してα−アルキル−γ−ブチロラクトンとβ−アルキル−γ−ブチロラクトンの混合物を製造し、それを精製することなくシュウ酸エステルとアルコラートを作用させてα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を得、さらに得られたエノール塩をホルムアルデヒドと反応させることにより、選択的にβ−アルキル−γ−ブチロラクトンのα位にメチレン基を導入する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルキリデン無水コハク酸またはアルキル無水マレイン酸を接触還元して下記式（Ｉ）で表される化合物および下記式（II）で表される化合物の混合物を製造する方法。
【化１】
2007217388.tif 000010
〔式（Ｉ）及び（II）中、Ｒ1は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を示す。〕
【請求項２】
（１）アルキリデン無水コハク酸またはアルキル無水マレイン酸を接触還元して下記式（Ｉ）で表される化合物および下記式（II）で表される化合物の混合物を製造する工程、
【化２】
2007217388.tif 000011
〔式（Ｉ）及び（II）中、Ｒ1は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を示す。〕
（２）上記（１）の工程で製造した前記式（Ｉ）および（II）の混合物に、下記式（III）
【化３】
2007217388.tif 000012
〔式（III）中、Ｒ2は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を示す。〕
で表されるシュウ酸エステルおよび下記式（IV）
Ｒ3−ＯＭ    （IV）
〔式（IV）中、Ｒ3は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ｍはアルカリ金属を示す。〕
で表されるアルコラートとを作用させ、下記式（Va）および／または(Vb)
【化４】
2007217388.tif 000013
〔式（Va）および(Vb)中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ３はそれぞれ独立して、直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表し、Ｍはアルカリ金属を表す。〕
で表されるα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を得る工程、
（３）前記式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩とホルムアルデヒドとを反応させて下記一般式（VI）
【化５】
2007217388.tif 000014
〔式（ＶI）中、Ｒ1は式（I）におけるＲ1と同義である。〕
で表されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを得る工程
を含むα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの製造方法。
【請求項３】
前記式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩とホルムアルデヒドとを反応させるに際し、下記式（VII）
【化６】
2007217388.tif 000015
〔式（VII）中、Ｒ4およびＲ5はそれぞれ独立して、直鎖または分岐状の炭素数１〜１３のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルキルアリール基、あるいは飽和又は一部若しくは全部が不飽和であるヘテロ原子を２個まで含んでいてもよい５又は６員環基を表す。Ｒ4およびＲ5は結合して環を形成してもよい。〕
で表される第二級アミンの塩、またはアルカリ金属炭酸塩を添加して反応させることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、α−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンおよびその中間体の製造方法に関する。α−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンは、メタクリル酸エステル類やスチレンなどと共重合することによりガラス転移温度の高い成形材料を製造することができる。
【背景技術】
【０００２】
α−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンまたはその関連物質の製造方法に関しては、これまで数々の報告がされている。例えば、下記の方法が非特許文献１に記載されている。
【０００３】
【化１】
2007217388.tif 000002
【０００４】
しかしながらこの反応では、高価なパラジウム錯体触媒を用いるので実用的な製造方法とは言いがたい。
【０００５】
特許文献１にはメタリルアセテートを原料として、パラジウム触媒によってヒドロホルミル化を行い、４−アセトキシ−３−メチルブチルアルデヒドを合成し、マンニッヒ反応でメチレン基を導入してから酸化してα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを製造する下記スキームで示される方法が記載されている。しかしながら、この方法ではヒドロホルミル化反応に有害な一酸化炭素を使用するので工業的に製造する場合にはその対策が必要であり、また、反応には高価な貴金属触媒が必要である。
【０００６】
【化２】
2007217388.tif 000003
【０００７】
また、特許文献２にはβ−メチル−γ−ブチロラクトンをマンガン−酸化マグネシウム触媒とメタノールとともに５００℃に加熱することによりα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンを製造する下記スキームで示される方法が記載されている。しかしながら、この方法では重合の危険性の高いモノマーを５００℃という高温で製造するので工程中重合する可能性がある。
【０００８】
【化３】
2007217388.tif 000004
【０００９】
以上のように従来からα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン或いはその関連物質に関する製造法は種々開発されていたが、使用する試薬が高価なものであったり、収率が不満足であったり、ヒドロホルミル化のように特殊な反応器と毒性の強い一酸化炭素を使用せざるを得なかった。したがって何れも工業的には大きな問題点があり、低コストで容易に製造できる実用的な工業製法としては必ずしも満足できるものではなかった。
【００１０】
一方、特許文献３には、γ−ブチロラクトン誘導体とシュウ酸エステル、アルコラートを反応させて、ラクトン環のα位をアルキルオキサリル化したオキサリル誘導体のナトリウム塩（エノール塩）を得、このエノール塩を濾過して単離後、ホルマリンと炭酸カリウムとを反応させることによりα−メチレン−γ−ブチロラクトン誘導体を製造する方法が記載されている。この方法では、安価な原料を使用し、又、ホルマリン等の取り扱い容易な試薬が使用でき、さらに、収率的にも有利な方法である。しかしながら、β位にアルキル基を持つγ−ブチロラクトンの製法およびそれを用いたα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの製造方法についての記載はなかった。
【特許文献１】特開平１０−１４７５８１号公報
【特許文献２】特開２００１−２４７５６０号公報
【特許文献３】米国６５３１６１６号公報
【非特許文献１】J. Org. Chem. 1982, 47, 3630−3633
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の課題は、安価な出発原料、汎用の反応器を使用して、高純度なα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを安価かつ容易に製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は前記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、安価な無水イタコン酸を出発原料としてα−アルキル−γ−ブチロラクトンとβ−アルキル−γ−ブチロラクトンの混合物を製造できること、また、それを精製することなくα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの合成原料として使用して選択的にβ−アルキル−γ−ブチロラクトンのα位にメチレン基を導入することができることを見出して本発明に到達した。
【００１３】
すなわち、本発明は、
（Ａ）アルキリデン無水コハク酸またはアルキル無水マレイン酸を接触還元して下記式（Ｉ）で表される化合物および下記式（II）で表される化合物の混合物を製造する方法に関する。
【００１４】
【化４】
2007217388.tif 000005
【００１５】
〔式（Ｉ）及び（II）中、Ｒ1は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を示す。〕
【００１６】
（Ｂ）また、本発明は、（１）上記（Ａ）の方法で前記式（Ｉ）および（II）の混合物を製造する工程、
（２）上記（１）の工程で製造した前記式（Ｉ）および（II）の混合物に、下記式（III）
【００１７】
【化５】
2007217388.tif 000006
【００１８】
〔式（III）中、Ｒ2は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を示す。〕
で表されるシュウ酸エステルおよび下記式（IV）
Ｒ3−ＯＭ    （IV）
〔式（IV）中、Ｒ3は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ｍはアルカリ金属を示す。〕
で表されるアルコラートとを作用させ、下記式（Va）および／または(Vb)
【００１９】
【化６】
2007217388.tif 000007
【００２０】
〔式（Va）および(Vb)中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ３はそれぞれ独立して、直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表し、Ｍはアルカリ金属を表す。〕
で表されるα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を得る工程、
（３）前記式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩とホルムアルデヒドとを反応させて下記一般式（VI）
【００２１】
【化７】
2007217388.tif 000008
【００２２】
〔式（ＶI）中、Ｒ1は式（I）におけるＲ1と同義である。〕
で表されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを得る工程
を含むα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの製造方法に関する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、純度の高いα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを安価な原料から効率よく製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明では、まず、（１）アルキリデン無水コハク酸またはアルキル無水マレイン酸を接触還元して上記式（Ｉ）で表される化合物および上記式（ＩＩ）で表される化合物の混合物を製造する。
【００２５】
次に、（２）得られた混合物は、精製することなく混合物のままでアルキルオキサリル化することによって前記式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンのエノール塩（以下、単にエノール塩ともいう）を選択的に製造でき、（３）得られたエノール塩と、ホルムアルデヒドとを反応させ、未反応の原料化合物を除去する方法により、目的とするα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを製造する。
【００２６】
前記式（ＶＩ）におけるＲ1としては、重合体のガラス転移温度を向上させる効果からは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などの低級アルキル基が好ましい。このようにβ位にアルキル基を有することで重合体のガラス転移温度は特異的に高くなる。
【００２７】
工程（１）について説明する。
前記式（Ｉ）で表されるβ−アルキル−γ−ブチロラクトンと前記式（II）で表されるα−アルキル−γ−ブチロラクトンの混合物は、無水イタコン酸に代表されるアルキリデン無水コハク酸やアルキル無水マレイン酸を触媒によって接触還元することによって製造する。
【００２８】
アルキリデン無水コハク酸としては、エチリデン無水コハク酸、プロピリデン無水コハク酸等を挙げることができる。アルキル無水マレイン酸としては、メチル無水マレイン酸、エチル無水マレイン酸、プロピル無水マレイン酸等を挙げることができる。
【００２９】
触媒としては、例えば、リチウムアルミニウムハイドライドやナトリウムボロハイドライドなどのハイドライド類、パラジウムおよびラネーニッケルを挙げることができるが、安価な点ではラネーニッケルが好ましい。ラネーニッケルは、水素を吸蔵しており、水素ガスを用いなくても還元反応を行うことができるが、水素加圧下に接触還元を行うのが望ましい。ラネーニッケルは、公知の物を使用することができるが、好ましくは、ラネーニッケル合金を中温乃至低温で展開したＷ−３〜Ｗ−６のグレードの物が望ましい。
【００３０】
接触還元の際の水素圧としては、０．１〜５０ＭＰａの範囲が好ましく、０．５〜３０ＭＰａの範囲がより好ましい。触媒の使用量は、原料のアルキリデン無水コハク酸やアルキル無水マレイン酸の重量に対して、１〜４０％の割合であることが好ましく、より好ましくは１０〜３０％の割合である。また、反応は加熱下に行われることが好ましく、加熱温度としては、３０℃〜１００℃の範囲が好ましい。接触還元は０．５〜２０時間行うことが好ましい。
【００３１】
反応後、触媒および未反応のアルキリデン無水コハク酸またはアルキル無水マレイン酸を分離するため、ろ過或いは遠心分離後に有機溶剤、例えばエーテル系溶剤にて目的物を抽出し、水洗、乾燥後、溶媒を留去して蒸留精製することにより目的の式（Ｉ）及び（ＩＩ）で表される化合物の混合物が得られる。本発明では、前記式（I）および（II）の化合物をほぼ１：１の比で含む混合物が得られる。
【００３２】
次に、工程（２）のβ−アルキル−γ−ブチロラクトンのアルキルオキサリル化について説明する。
【００３３】
まず、式（IV）で表されるアルコラート、例えば、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムエチラート、カリウムｔ−ブチラートなどのアルカリ金属アルコラート（アルカリ金属アルコキシド）に、式（III）で表されるシュウ酸ジアルキルエステルを滴下し、次いで前記式（I）で表されるβ−アルキル−γ−ブチロラクトンと前記式（II）で表されるα−アルキル−γ−ブチロラクトンの混合物を滴下することにより、β−アルキル−γ−ブチロラクトンのα位にアルキルオキサリル基を導入することができる。アルカリ金属アルコラート、シュウ酸ジアルキルエステルおよびβ−アルキル−γ−ブチロラクトン並びにα−アルキル−γ−ブチロラクトンの混合物を接触させる順番は任意で構わない。
【００３４】
式（IＶ）のアルコラートとしては、ナトリウムメチラートのメタノール溶液やナトリウムエチラートのエタノール溶液などを用いた方が簡便であるが、紛体状のものを用いても構わない。ナトリウムメチラートのメタノール溶液やナトリウムエチラートのエタノール溶液などを用いた場合、特に溶媒を追加する必要はないが、さらに溶媒を追加する場合や、紛体状のものを用いた場合には、メタノール、エタノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔ−ブタノールなどのアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、シュウ酸ジエチルエステルなどのエステル類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、トルエン、キシレンなどの芳香族化合物類、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサンなどのアルカン類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどの極性溶媒を用いることができる。これらの溶媒は単一で用いても混合して用いても良い。
【００３５】
式（IV）のアルコラートの使用量は、式（Ｉ）のβ−アルキル−γ−ブチロラクトンに対して０．９〜１０倍モルが望ましく、反応効率、製造コストなどを考慮すると、１〜５倍モルがより望ましく、１〜３倍モルがさらに望ましい。
【００３６】
式（III）のシュウ酸エステルの使用量は、式（Ｉ）のβ−アルキル−γ−ブチロラクトンに対して０．９〜１０倍モルが望ましく、反応効率、製造コストなどを考慮すると、１〜５倍モルがより望ましく、１〜３倍モルがさらに望ましい。
【００３７】
なお、アルコラートと溶媒のアルコールとの組み合わせは任意であるが、反応物を複雑にしないためにはアルコラートと溶媒とシュウ酸ジアルキルエステルの組み合わせは、例えば、ナトリウムメチラート／メタノール／シュウ酸ジメチルエステル、ナトリウムエチラート／エタノール／シュウ酸ジエチルエステルのように同一のアルコールからなる組み合わせが好ましい。
【００３８】
しかしながら、製造コストを勘案すると必ずしもこの組み合わせにこだわる必要はない。例えば、シュウ酸ジエチルエステルを使用する場合にナトリウムメチラートのメタノール溶液を使用しても、α−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンのエステルが一部エステル交換されるだけで、その後の反応には何ら差し支えるものではない。
【００３９】
原料のβ−アルキル−γ−ブチロラクトン（Ｉ）とα−アルキル−γ−ブチロラクトン（II）の混合物の滴下に伴う発熱はほとんどないので、反応温度は任意に設定できるが、−２０℃から溶媒の沸点温度の間が好ましく０℃〜５０℃の間がより好ましい。
【００４０】
反応時間は任意に設定できるが、反応収率、作業効率を考慮すると０．５〜２４時間が望ましく、１〜５時間がより望ましい。
【００４１】
使用する溶媒量が少ないと、反応終了時に式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩（アルカリ金属塩）が析出し、反応系全体が堅固に固化するおそれがあるので、これを防止するための溶媒量は、前記式（Ｉ）で表されるβ−アルキル−γ−ブチロラクトンと前記式（II）で表されるα−アルキル−γ−ブチロラクトンの混合物の重量に対して０．５〜５０倍が望ましく、製造コスト、反応収率、攪拌機の破損の回避などを考えると、１〜５倍がより望ましい。
【００４２】
反応終了後、生成したエノール塩は、残存するシュウ酸エステル（III）と未反応の β−アルキル−γ−ブチロラクトン（Ｉ）と残ったα−アルキル−γ−ブチロラクトン（ＩＩ）、さらには副生するアルコールを減圧にて除去する精製工程Ａや、反応液に水を添加して、水と二液層をなす有機溶剤で洗浄除去する精製工程Ｂ、或いは生成したエノール塩を酸で中和してから有機溶剤で抽出した後に蒸留する精製工程Ｃ等の精製工程を経てから、式（VI）のα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンに誘導化する。
【００４３】
精製工程について詳細に説明する。
＜精製工程Ａ＞
式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩は、常温から１５０℃程度までは安定な固体であるので、上記工程（２）の反応終了後の湿スラリー状態から反応液を加熱して、常圧または減圧で残存したシュウ酸エステル(III)、原料β−アルキル−γ-ブチロラクトン（Ｉ）およびα−アルキル−γ−ブチロラクトン(II)を留去することが可能である。精製の効率を上げるには、留去を減圧で実施するのが好ましく、減圧度は任意に設定できるが、０．２７ｋＰａ（２torr）から６６．７ｋＰａ（５００torr）の間が好ましい。減圧度は高いほど好ましく、効率を更に上げるには０．２７ｋＰａ（２torr）から１３．３ｋＰａ（１００torr）の間で設定するのがより好ましい。
【００４４】
スラリー状態から残存したシュウ酸エステル(III)、原料β−アルキル−γ-ブチロラクトン(I)およびα−アルキル−γ−ブチロラクトン(II)を留去するには、反応液を常温から１５０℃の間で加熱することが好ましい。精製する式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩の安定性を考えると、むやみに加熱温度を上げることは好ましくなく、また、効率を考えると室温より高い温度で留去するのが好ましいので加熱温度は３５℃から７０℃の間で設定するのがより好ましい。
【００４５】
スラリー状態から残存したシュウ酸エステル(III)、原料β−アルキル−γ-ブチロラクトン(I)およびα−アルキル−γ−ブチロラクトン(II)を留去する時に、トルエン、キシレン、ｔ−ブチルメチルエーテルなどの不活性溶剤を加えることはエノール塩を高純度で得るためには有効な手段である。
【００４６】
＜精製工程Ｂ＞
式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩を含む反応液に水を投入してエノール塩を溶解させてから残存したシュウ酸エステル(III)と原料β−アルキル−γ-ブチロラクトン(I)と使用しないα−アルキル−γ−ブチロラクトン(II)を有機溶媒により洗浄除去することでエノール塩を精製することもできる。
【００４７】
式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩を溶解させる水の量としては特に限定されないが、エノール塩の溶解度や釜効率を考慮するとエノール塩の重量に対して１〜５０倍が望ましく、３〜３０倍がより望ましい。
【００４８】
洗浄除去する際に、式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩水溶液中に含まれるアルコール等の水溶性溶媒を留去することは有効であり、また、エノール塩の一部が有機溶媒へ溶出することを防止する目的で、塩基性化合物を添加してから溶媒によって洗浄することができる。
【００４９】
式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩水溶液中に添加する塩基性化合物としては、炭酸水素リチウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物などが挙げられるが、製造コストや塩基性化合物の水への溶解度などを考慮すると、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウムが好ましい。添加する塩基性化合物の量としては、エノール塩に対して０．０１〜５倍モルが好ましく、０．１〜２倍モルがさらに好ましい。
【００５０】
洗浄溶媒としては、シュウ酸エステル(III)およびβ−アルキル−γ−ブチロラクトン（I）と使用しないα−アルキル−γ−ブチロラクトン（II）の溶解度が高く、式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩の溶解度が低く、水と分離（二液相をなす）できるものが好ましい。
【００５１】
例えば、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、トルエン、キシレンなどの芳香族化合物類、クロロホルム、ジクロロメタンなどのハロゲン化物類、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサンなどのアルカン系溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は単一で用いても混合して用いても良い。
【００５２】
洗浄溶媒の量としては、式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩の重量に対して０．１〜３０倍が望ましく、エノール塩の溶解度や釜効率を考慮すると１〜１０倍がより望ましい。
【００５３】
式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩水溶液を洗浄する温度としては、０℃〜溶媒の沸点温度の間が望ましく、０〜５０℃の間がさらに望ましい。
【００５４】
＜精製工程Ｃ＞
式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩は反応後、塩酸、希硫酸などの酸でｐＨ１−３の酸性にしてから、生成したα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンと共に残存するシュウ酸エステル（III）、β−アルキル−γ−ブチロラクトン（I）およびα−アルキル−γ−ブチロラクトン（II）を有機溶剤で抽出し、抽出物を減圧にて蒸留精製することで高純度のα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを得ることもできる。
【００５５】
この際用いる抽出溶剤としては、上述した洗浄溶媒等が使用できる。抽出後蒸留精製して得たα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンは有機溶剤に溶解後、ホルムアルデヒドと反応させる工程（３）を経ることによって、式（ＶＩ）で表されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを製造できる。その際、必要に応じてアルカリ金属炭酸塩水溶液を接触させてもよい。
【００５６】
溶媒による洗浄で精製した式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩水溶液はそのままで、ホルムアルデヒドと反応させる工程（３）を経ることによって、式（ＶＩ）で表されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを製造できる。
【００５７】
次に工程（３）について説明する。
反応の手順は、特に限定されず、例えば、エノール塩の水溶液を必要に応じて冷却しながら、ホルムアルデヒドの水溶液中に滴下する方法でもよいし、これらの物質を一度に仕込んで反応させてもよい。固体のエノール塩とホルムアルデヒドを接触させてもよい。
【００５８】
また、必要に応じて下記式（VII）で表される第二級アミンの塩またはアルカリ金属炭酸塩を添加して反応を行っても良い。これら第二級アミンの塩又はアルカリ金属炭酸塩の添加も、ホルムアルデヒド水溶液に滴下してもよいし、一度に仕込んで反応させてもよい。
【００５９】
【化８】
2007217388.tif 000009
【００６０】
〔式（VII）中、Ｒ4およびＲ5はそれぞれ独立して、直鎖または分岐状の炭素数１〜１３のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルキルアリール基、あるいは飽和又は一部若しくは全部が不飽和であるヘテロ原子を２個まで含んでいてもよい５又は６員環基を表す。Ｒ4およびＲ5は結合して環を形成してもよい。〕
【００６１】
ここで用いるアルカリ金属炭酸塩としては、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムなどがあげられる。
【００６２】
反応に用いるアルカリ金属炭酸塩の量は、式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩に対して任意に設定できるが、反応収率とコストを考えると、０．０１〜５倍モルが望ましく、０．１〜２倍モルがさらに望ましい。
【００６３】
前記式（VII）で表される第二級アミンにおいて、Ｒ4、Ｒ5はそれぞれ独立して炭素数１〜１３のアルキル基、シクロペンチル、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基、トルイル基、キシリル基等のアルキルアリール基、あるいは、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基、ピローリル基、ピリジル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、フラニル基、ピラニル基、チオフェン基、イソチアゾリル基、イソオキサゾリル基、ピリミジル基等の窒素原子、酸素原子、硫黄原子をヘテロ原子として０〜２個有する５又は６員環基が挙げられ、又、Ｒ4およびＲ5は結合して環を形成してもよい。第二級アミンとして具体的には、例えば、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ピペリジン、モルフォリン、ジシクロヘキシルアミンなどを挙げることができる。コストの点でＲ4、Ｒ5はそれぞれ独立して炭素数１〜３のアルキル基が好ましく、入手しやすさや反応効率から考えるとジエチルアミンが特に好ましい。
【００６４】
また、前記式（VII）で表される第二級アミンが形成する塩としては、塩酸塩、酢酸塩、硫酸塩などが例示でき、反応効率から考えると塩酸塩が好ましい。前記第二級アミンの塩の使用量は、式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩に対して任意に設定できるが、反応収率とコストを考えると、０．０１〜１０倍モルが望ましく、０．１〜５倍がさらに望ましい。
【００６５】
ホルムアルデヒドとしては、ホルムアルデヒドの水溶液（ホルマリン）、パラホルムアルデヒド、ホルマールなど、系内でホルムアルデヒドを発生するものが好ましく、通常は、ホルマリンやパラホルムアルデヒドの水溶液を用いるのが便利である。
【００６６】
ホルムアルデヒドの使用量は特に限定されないが、式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩に対して０．９〜１０倍モルが望ましく、コストと反応収率、反応後の処理の容易さを考えると、１〜３倍モルがより望ましい。
【００６７】
なお、式（Ｖａ）および／または（Ｖｂ）で表されるエノール塩の水溶液と式（VII）の第二級アミンの塩もしくはアルカリ金属炭酸塩またはその水溶液とホルムアルデヒドとの反応には、必要に応じて溶媒を使用して反応させてもよい。
【００６８】
このとき用いる溶媒は、メタノール、エタノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔ−ブタノールなどのアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、トルエン、キシレンなどの芳香族化合物類、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサンなどのアルカン類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、水、アセトニトリル、プロピオニトリルなどの極性溶媒、クロロホルム、ジクロロメタンなどのハロゲン化物類などが挙げられる。これらの溶媒は単一で用いても混合して用いても良い。
【００６９】
溶媒量は、エノール塩の重量に対して０．０１〜３０倍が望ましく、釜効率を考慮すると０．１〜１０倍がより望ましい。
【００７０】
反応温度は、室温から１００℃の間で任意に設定できるが、合成されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンが重合しやすい化合物であることを考えると、０〜５０℃の間で設定するのが望ましい。
【００７１】
反応時間は、反応温度によって０．１〜２４時間の間で任意に設定できるが、製品の安定性などを考慮すると、０．５〜５時間の間で設定するのが望ましい。
【００７２】
反応後は、反応液中に塩が析出する場合がある。この場合、析出した塩をろ過等により除去し、ろ液から生成したα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを回収するのであるが、回収方法としては、溶媒によって抽出し、抽出液を濃縮する方法が好ましい。抽出に用いる溶媒は、前記洗浄溶媒を用いることが好ましい。抽出した溶媒を洗浄する場合には、抽出溶媒から生成したα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの流出を防ぐために洗浄水に前記塩基性化合物を添加することが好ましい。
【００７３】
その後、濃縮残渣に対し、減圧蒸留、薄膜蒸留などの操作を行って精製した製品を取得することができる。その際、α−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの重合防止のために、系内に重合防止剤を添加することが好ましい。重合防止剤の種類は特に限定されないし、単独で用いても２種以上を混合して用いても良い。
【００７４】
重合防止剤は、工程（３）の反応前の原料仕込み時に添加することが好ましいが、反応液に添加しても良いし、抽出液に添加しても良い。
【００７５】
重合防止剤としては、ハイドロキノン、ｐ−メトキシフェノール、２，４−ジメチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール、ｔｅｒｔ−ブチル−カテコール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール、ペンタエリスリトール、テトラキス（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナメイト）、２−ｓｅｃ−ブチル−４，６−ジニトロフェノールなどのフェノール系化合物、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルパラフェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジ−２−ナフチルパラフェニレンジアミン、Ｎ−フェニレン−Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）パラフェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ビス（１，４−ジメチルフェニル）−パラフェニレンジアミン、Ｎ−（１，４−ジメチルフェニル）−Ｎ’−フェニル−パラフェニレンジアミンなどのアミン系化合物、４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、４−ベンゾイルオキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、ビス（１−オキシル−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−４−イル）セバケイトなどのＮ−オキシル系化合物、銅、塩化銅（II）、塩化鉄（III）などの金属化合物などが挙げられる。
【００７６】
重合防止剤の使用量は、適時決めれば良いが、式（VI）で表されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンに対して１００ｐｐｍ以上が好ましく、効果を十分発揮させるには５００ｐｐｍ以上がより好ましい。一方、コスト面から考えると重合防止剤の使用量は、１００００ｐｐｍ以下であることが好ましく、５０００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【００７７】
また、反応液中に空気などの酸素含有ガスのバブリングによる重合防止を併用することもできる。導入する空気などの酸素含有ガスの量は、所望の重合防止効果が得られるように適時設定できる。例えば、酸素含有ガスとして空気を用いる場合、使用する原料エステル１モルに対して０．５〜３．０ｍｌ／ｍｉｎでバブリングすることが好ましい。式（VI）で表されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトン反応液に重合防止剤を添加し、併せて反応液中に空気などの酸素含有ガスを導入しながら反応を行うことは重合防止効果の増幅という観点から特に好ましい。
【実施例】
【００７８】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００７９】
生成物の同定は核磁気共鳴装置（1Ｈ−ＮＭＲ）で行い、純度分析はガスクロマトグラフィー（ＧＣ）により実施した。
【００８０】
＜実施例１＞
〔α-メチルブチロラクトンとβ-メチルブチロラクトンの混合物の合成〕
オートクレーブに無水イタコン酸５６ｇとラネーニッケル（Ｗ−５）１５ｇを加えて蓋をしてから攪拌しながら減圧で空気を抜き、水素と置換する操作を３回繰り返してオートクレーブ内を水素で置換した。水素圧１５．７ＭＰａ（１６０ｋｇ／ｃｍ２）に設定してオートクレーブの温度を５０℃に上げて７時間反応させた。反応終了後、オートクレーブを冷却してから徐々に水素を放出して常圧に戻した。反応液をろ過した後、ｔ−ブチルメチルエーテル２００ｍｌを加えてから１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液と食塩水で洗浄し、有機層は硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムをろ別してｔ−ブチルメチルエーテエルを留去するとα−メチルブチロラクトンとβ−メチルブチロラクトンの約１／１の混合物が３５ｇ得られた。
【００８１】
＜実施例２＞
〔α−メチルブチロラクトンとβ−メチルブチロラクトンの混合物の合成〕
オートクレーブに無水イタコン酸５６ｇとラネーニッケル（Ｗ−４）１６ｇを加えて水素圧１６．７ＭＰａ（１７０ｋｇ／ｃｍ２）、反応温度１００℃に設定した以外は実施例１と全く同様に反応して後処理をするとα−メチルブチロラクトンとβ−メチルブチロラクトンの約１／１の混合物が３７ｇ得られた。
【００８２】
＜実施例３＞
〔α-メチルブチロラクトンとβ-メチルブチロラクトンの混合物の合成〕
オートクレーブに無水イタコン酸５６ｇとラネーニッケル（Ｗ−６）１６ｇと硫酸マグネシウム５ｇを加えて水素圧１５．７ＭＰａ（１６０ｋｇ／ｃｍ2）、反応温度６０℃に設定した以外は実施例１と全く同様に反応して後処理をするとα−メチルブチロラクトンとβ−メチルブチロラクトンの約１／１の混合物が３９ｇ得られた。
【００８３】
＜実施例４＞
〔α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩の合成〕
攪拌子を入れた１００ｍｌの三口フラスコを窒素置換して、ナトリウムメトキシド４ｇ（０．０７４モル）を無水メタノール２０ｍｌに溶解して装入し、氷水で冷却した。シュウ酸ジエチルエステル３６ｇ（０．２５モル）を滴下ロートより滴下し、次いで実施例１で得られたα-／β−メチル−γ−ブチロラクトン混合物１０．０ｇ（０．１０モル）を約３０分かけて滴下した。滴下終了後、氷水で冷却しながら内温を０〜５℃に保って１時間攪拌を続けた。その後、室温で３時間攪拌を続け、スラリー状のα−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を得た。
【００８４】
〔α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンエノール塩水溶液の精製〕
次に、α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を含む反応液に、氷冷しながら水６０ｇを加えてエノール塩を溶解後、エタノールをエバポレーターにより留去した。ここに塩基性化合物として炭酸カリウム３．５ｇ（０．０２５モル）、洗浄溶媒としてｔ−ブチルメチルエーテル２５ｇを投入して分液操作を実施し、シュウ酸ジエチルエステルと原料β−メチル−γ−ブチロラクトンとα-メチル−γ−ブチロラクトンとを洗浄した後、水相を分離してエノール塩水溶液を得た。
【００８５】
〔α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成〕
得られたエノール塩水溶液に炭酸カリウム３．５ｇ（０．０２５モル）、ｔ−ブチルメチルエーテル６０ｇ、３７％ホルマリン６．１２ｇ（ホルムアルデヒドとして０．０７５モル）を加え、室温で２時間攪拌した後に析出した塩類を吸引ろ過で分離した。分離したろ液にt−ブチルメチルエーテル１００ｍｌを加えて目的物を抽出した。抽出液に４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮後、得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン３．５ｇを得た（ＧＣ純度：９５％）。
【００８６】
＜参考例１＞
〔α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成及び精製〕
三口フラスコに２８％ナトリウムメトキシドのメタノール溶液２０ｇ（０．１モル）を入れて窒素置換し、シュウ酸ジエチル２１ｇ（０．１４モル）を滴下し、次いで実施例１で得られたα-／β−メチル−γ−ブチロラクトン混合物１６ｇ（０．１６モル）を滴下した後に室温で３時間攪拌して一夜室温で放置した。
【００８７】
反応液を冷却して、反応液中に１０規定の希塩酸を加えてｐＨ３程度に調整した。ｐＨを調整した反応液にｔ−ブチルメチルエーテル４０ｍｌを加えて２回抽出した。抽出したｔ−ブチルメチルエーテル溶液は、硫酸マグネシウムで乾燥した後に減圧下で濃縮し、粗製のα−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトン３２ｇを得た。
【００８８】
これから減圧で低沸分を除去し、純度９９％以上のα−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンを１０ｇ得た。回収した低沸分１８ｇ中のα−メチル−γ−ブチロラクトン濃度は、５６％であった。
【００８９】
〔α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成〕
純度９９％以上のα−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトン１０ｇをｔ−ブチルメチルエーテル４０ｍｌに溶解し、３７％ホルマリン８．２ｇ（ホルムアルデヒドとして０．１モル）と炭酸カリウム２１ｇ（０．１５モル）を懸濁した水溶液２０ｍｌの混合物に滴下し、室温で４時間攪拌した後に析出した塩類を吸引ろ過で分離後、有機相を分離した。水相は更にｔ−ブチルメチルエーテル３０ｍｌで洗浄してから併せた有機相にｐ−メトキシフェノール（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮した。得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン５．８ｇを得た（ＧＣ純度：９９％）。
【００９０】
＜実施例５＞
〔α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩水溶液の調製〕
α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩水溶液に炭酸カリウム３．５ｇ（０．０２５モル）を加えなかった以外は実施例４と同様に実施して、エノール塩の水溶液を製造した。
【００９１】
〔α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成〕
得られたエノール塩水溶液に炭酸カリウム６ｇ（０．０５モル）、アセトニトリル５０ｇ、３７％ホルマリン９．８ｇ（ホルムアルデヒドとして０．１２モル）を加え、１５℃に冷却して４時間攪拌した後に析出した塩類を吸引ろ過で分離した。分離したろ液にt−ブチルメチルエーテル１００ｍｌを加えて目的物を抽出した。抽出液に２，４−ジメチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮後、得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン４．０ｇを得た（ＧＣ純度：９４％）。
【００９２】
＜実施例６＞
〔α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩の合成〕
α−／β−メチル−γ−ブチロラクトン混合物１０ｇ（０．１０モル）を用いて実施例４と同様にα−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を合成した。
【００９３】
〔α−エチルオキサリル−β−エチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩の精製〕
次にα−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を含む反応液を約５０℃の水浴で加温しながら減圧で副生メタノールと未反応のシュウ酸ジエチル、α−メチル−γ−ブチロラクトンを留去してα−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩１８．７ｇを得た。
【００９４】
〔α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成〕
得られたエノール塩に炭酸ナトリウム１０．６ｇ（０．１モル）を溶かした水溶液２０ｍｌ、アセトニトリル６０ｇ、３７％ホルマリン４．９ｇ（ホルムアルデヒドとして０．０６モル）を加え、３０℃にて４時間攪拌した後に析出した塩類を吸引ろ過で分離した。分離したろ液にｔ−ブチルメチルエーテル１００ｍｌを加えて目的物を抽出した。抽出液に２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮後、得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン３．８ｇを得た（ＧＣ純度：９９％）。